Холодильное оборудование включает в себя большое количество различных машин, аппаратов и агрегатов для охлаждения различных продуктов и сред. От охлаждения воздуха в бытовых и промышленных помещениях до процессов низкотемпературной кристаллизации и вакуумно-испарительного охлаждения.
Например, такое оборудование может выполнять вспомогательную функцию на производстве химических продуктов, охлаждая парогазовые смеси, разные жидкие продукты, используемые в технологическом процессе.
В бытовых условиях, на производствах пищевой, фармацевтической, биотехнологической отраслей промышленности, в медицинских учреждениях, предприятиях агропромышленного комплекса холодильное оборудование используется для поддержания рабочих продуктов с заданной температурой.
В химической отрасли промышленности и энергетике применяется криогенное оборудование, поддерживающее температуру существенно ниже +0 оС (например, для работы с жженными газовыми смесями).
В настоящее время холодильное оборудование применяться во многих технологических процессах, сферах быта и народного хозяйства.
Как оценивается эффективность холодильного оборудования
Рассматривая холодильные аппараты, можно выделить их основную характеристику, как и у любых теплообменных аппаратов – количество передаваемой энергии в виде тепла. Количество тепла, отводимого от охлаждаемого объекта в единицу времени, называется холодильной мощностью.
Как и с любым другим теплообменным оборудованием, количество передаваемого тепла и холодильная мощность в значительной степени зависят от материала оборудования. Так, правильно подобранный сплав может существенно повысить интенсивность охлаждения и, тем самым, позволит сделать оборудование более энергоэффективным и компактным.
Основной характеристикой сплава с точки зрения обеспечения высокой интенсивности охлаждения будет являться коэффициент теплопроводности Вт/(м‧оС), который входит в уравнение определения коэффициента теплопередачи:
где K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2‧оС); α1 – коэффициент теплоотдачи первого теплоносителя, Вт/(м2‧оС); α2 – коэффициент теплоотдачи второго теплоносителя, Вт/(м2‧оС); δст – толщина теплопередающей стенки, м; λст – коэффициент теплопроводности материала теплопередающей стенки, Вт/(м‧оС); Rзаг – термическое сопротивление загрязнений на теплопередающей стенке, (м2‧оС)/Вт.
Коэффициент теплопередачи показывает интенсивность охлаждения, чем выше данный показатель – тем быстрее происходит процесс теплообмена. Коэффициент K входит в основное уравнение теплопередачи:
где Q – количество передаваемого тепла в аппарате, Вт; F – площадь поверхности теплопередачи, м2; Δt – средняя разность температур между горячим и холодным теплоносителями, оС.
Одним из основным показателей холодильного оборудования (применительно к аппаратам рекуперативного типа) можно считать количество передаваемого тепла, отнесенное к потерям мощности на перекачивание хладоносителя:
где E – потери мощности на перекачивание хладоносителя при эксплуатации холодильного оборудования, Вт; ΔE – энергетическая мощность холодильного оборудования, Вт/Вт.
Исходные данные для оценки влияния выбора сплава на эффективность холодильного оборудования
Рассмотрим в качестве примера холодильного оборудования емкостный криоконцентратор, в котором низкотемпературная кристаллизация исходного продукта происходит внутри охлаждающей трубы (намораживание льдя на внутренней поверхности трубы).
На стадии концентрирования продукта (намораживания льда) исходный продукт I поступает в пространство теплообменной трубы 2 и заполняет его (задвижка 5 перекрывает теплообменную трубу 2 в нижней её части). Хладоноситель IVпоступает в кристаллизатор через патрубок ввода хладоносителя и теплоносителя 3, движется в пространстве, образованном кольцевым зазором между кожуховой трубой 1 и теплообменной трубой 2, и выводится через патрубок вывода хладоносителя и теплоносителя 4. Постепенно происходит концентрирование исходного продукта I путём намораживания слоя льда на внутренней поверхности теплообменной трубы 2.
На стадии удаления концентрированного продукта IIи оттаивании льда (при достижении необходимой концентрации продукта), концентрированный продукт II (путём открытия задвижки 5) и хладоноситель IVвыводятся из кристаллизатора. В патрубок ввода 3 поступает горячий теплоноситель V, движется в межтрубном пространстве и выводится через патрубок 4. Теплоноситель V нагревает теплообменную трубу 2, слой намороженного льда, контактирующий со стенкой теплообменной трубы 2, тает, и весь объём льда III выводится из кристаллизатора, соскальзывая вниз под собственным весом. Изменение положения задвижки 5 может осуществляться в ручном, автоматизированном и автоматическом режимах. Ниже задвижки 5 располагается распределительное устройство (на рисунке не показано), которое позволяет попадать концентрированному продукту II и льду III в их соответствующие баки-приёмники (на рисунке не показаны).
Выполним криоконцентратор согласно «ТУ 3612-014-00220302-99 Теплообменники труба в трубе. Технические условия». Тогда кожуховая труба будет иметь длину 1400 мм и диаметр 57×4 мм, охлаждающая труба будет иметь длину 1500 мм и диаметр 25×3 мм, патрубки кожуховой трубы будут выполнены из трубы длиной 155 мм и диаметром 32×4 мм.
С использованием компьютерного моделирования проанализируем, как выбор сплава отразится на эффективности криоконцентратора, взяв два сплава с заданным температурным коэффициентом линейного расширения, поставляемых компанией «Техсплав» в соответствии с «ГОСТ 10994-74 Сплавы прецизионные. Марки»: сплав 36Н [коэффициент теплопроводности 12,5 Вт/(м‧оС)] и сплав 48НХ [коэффициент теплопроводности 20,0 Вт/(м‧оС)] ( https://www.tehsplav.ru/catalog/linear_expansivity ).
Исходными данными для моделирования будут: хладоноситель в межтрубном пространцстве водный раствор этиленгликоля с массовой концентрацией 20% со скоростью на входе равной 1 м/с и температурой на входе равной +1оС; внутри охлаждающей трубы движется вода со скоростью на входе 1 м/с и температурой на входе + 10оС.
В данном случае криоконцентратор будет выполнять функцию подготовительного охлаждения воды – без ее кристаллизации.
Сплав и его влияние на эффективность холодильного оборудования
По результатам компьютерного моделирования получаем следующие данные для емкостного криоконцентратора:
Таким образом, в сравнении со сплавом 36Н, использование сплава 48НХ позволяет достичь большей на 6% (по показателю K) и на 5% (по показателю ΔE) эффективности при тех же габаритных размерах и условиях эксплуатации.
Именно правильно подобранный сплав может повысить экономичность и энергоэффективность как отдельного оборудования, так и целого предприятия.
Обратившись в отдел продаж компании «Техсплав», Вы сможете узнать больше о сплавах и их применении для решения различных задач: